量子纠错码(稳定子、表面码、LDPC、魔术态)与各类硬件实现平台(超导、离子阱、中性原子、光量子等)。

词条列表

  • 比特翻转码 — 最简单的量子纠错码:三个物理比特编码一个逻辑比特,通过宇称测量纠正单次 X 错误。
  • 码距与逻辑量子比特 — 码距 d 决定纠错能力(可纠 ⌊(d−1)/2⌋ 个错误);逻辑量子比特是纠错编码后的有效比特。
  • CSS 码 — 由两个嵌套经典线性码构造的稳定子码:X 与 Z 错误分别由经典码纠正,Steane 码是其代表。
  • 纠错条件 — 量子纠错可行性的数学判据:错误算符在码空间上的矩阵必须满足 ⟨ψi|Ea†Eb|ψj⟩ = Cab δij。
  • 魔术态蒸馏 — 从带噪声的物理态提炼出高保真 T 态,使容错框架内实现非 Clifford 门的标准技术。
  • 中性原子量子比特 — 光镊阵列中的碱土原子量子比特:千比特规模、几何可重构,Rydberg 相互作用实现门;QuEra/Pasqal 路线。
  • NISQ 时代与基准测试 — 含噪中等规模量子时代:百到千比特、无纠错;以量子体积、随机基准与交叉熵基准度量进展。
  • NV 色心量子比特 — 金刚石中氮—空位缺陷的自旋量子比特:室温下可初始化/操控/读出,更多用于传感而非规模化计算。
  • 光量子比特 — 以光子(偏振/路径/时间箱)为量子比特:室温运行、天然联网,门靠测量干涉实现;PsiQuantum/Xanadu 路线。
  • 量子 LDPC 码 — 校验算符权重恒定、比特数开销 O(1) 的稳定子码家族;有望大幅降低逻辑比特的物理开销。
  • 量子纠错 — 用冗余编码保护量子信息免受退相干与门误差的技术;从比特翻转码到表面码与 LDPC 码的整套理论。
  • 量子计算硬件实现 — 各类物理平台实现量子比特的图景:超导、离子阱、中性原子、光量子、自旋量子点、NV 色心与拓扑比特。
  • Shor 九比特码 — 第一个完整量子纠错码:比特翻转与相位翻转的级联构造,可纠任意单比特错误,退化码的原型。
  • 量子点自旋量子比特 — 半导体量子点中囚禁的单电子自旋量子比特:与 CMOS 工艺兼容、尺寸最小,互联与一致性是挑战。
  • 稳定子码 — 由交换 Pauli 算符群定义的量子码:码空间是稳定子群的 +1 公共本征空间,症状即对易关系。
  • Steane 七比特码 — 由 [7,4,3] Hamming 码构造的最小 CSS 码:横贯实现 Clifford 门,容错电路的标准积木。
  • 超导量子比特 — 用约瑟夫森结非线性电路实现的量子比特:纳秒级门、平面工艺可扩展,需 10 mK 制冷;IBM/Google 路线。
  • 表面码 — 在二维格点上定义的拓扑稳定子码:只需近邻相互作用,阈值约 1%,是超导平台主流纠错方案。
  • 阈值定理 — 只要物理错误率低于阈值,任意长量子计算都能以多对数级的比特与时间开销实现容错。
  • 拓扑量子比特 — 以非阿贝尔任意子(马约拉纳零模)的拓扑简并存储信息:错误被能隙指数压制,材料实现仍是前沿难题。
  • 离子阱量子比特 — 电磁阱中囚禁离子的电子能级量子比特:全连接、保真度最高,门速度慢;IonQ/Quantinuum 路线。